信号与系统实验.doc

信号与系统实验.doc:..实验一零输入响应零状态响应一、 实验目的1、 掌握电路的零输入响应。2、 掌握电路的零状态响应。3、 学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法。二、 实验内容1、 观察零输入响应的过程。2、 观察零状态响应的过程。三、 实验仪器1、 信号与系统实验箱一台(主板)。2、 系统时域与频域分析模块一块。3、 20MHz示波器一台。四、 实验原理1、 零输入响应与零状态响应:零输入响应:没有外加激励的作用,只有起始状态(起始时刻系统储能)所产生的响应。零状态响应:不考虑起始时刻系统储能的作用(起始状态等于零)。2、 典型电路分析:电路的响应一般可分解为零输入响应和零状态响应。首先考察一个实例:在下图中由RC组成一电路,电容两端有起始电压Vc(0-),激励源为e(t)。则系统响应•电容两端电压: 1(f (/_『)Vc(r)=eRCVc(0_)+^^ RCt上式中第一项称之为零输入响应,与输入激励无关,零输入响应£屁%、(0_)是以初始电压值开始,以指数规律进行衰减。第二项与起始储能无关,只与输入激励有关,被称为零状态响应。在不同的输入信号下,电路会表征出不同的响应。五、实验步骤1、把系统时域与频域分析模块插在主板上,用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源(看清标识,防止接错,带保护电路),并打开此模块的电源开关。2、 系统的零输入响应特性观察(1) 接通主板上的电源,同时按下此模块匕两个电源开关,将“时域抽样定理”模块中的抽样脉冲信号(SK1000川于选择频段,“频率调节”川于在频段内的频率调节,“脉宽调节”用于脉冲宽度的调节,以下实验都可改变以上的参数进行相关的操作),通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。(2) 用示波器的两个探头,一个接输入脉冲信号作同步,一个用于观察输出信号的波形,当脉冲进入低电平阶段时,相当于此时激励去掉,即在低电平时所观察到的波形即为零输入信号。(3) 改变木实验的开关SK900的位置,观察到的是不同情况下的零输入响应,进行和应的比较3、 系统的零状态响应特性观察(1) 观察的方法与上述相同,不过当脉冲进入高电平阶段时,和当于此时加上激励,即此时零状态响应应在脉冲的高电平进行。(2) 改变木实验的开关SK900的位置,观察到的是不同系统下的零状态响应,进行相应的比较。六、 实验报告1、 用两个坐标轴,分别绘制出零输入和零状态的输出波形。2、 通过绘制出的波形,和理论计算的结果进行比较。七、 实验思考题图2-1-1所示电路中,根据实验提供的实验元件,计算系统的零状态和零输入过程。八、 实验测试点的说明1、测试点分别为:“输入”(孔和测试钩):阶跃信号的输入端。“输岀”:零输入和零状态的输出端。“GND”:与实验箱的地相连。2、调节点分别为:“S9”:此模块的电源开关。实验二信号分解与合成一、 实验目的1、 观察信号的分解。2、 掌握带通滤波器的冇关特性测试方法。3、 观测基波和具谐波的合成。二、 实验内容1、 观察信号分解的过程及信号中所包含的各次谐波。2、 观察由各次谐波合成的信号。三、 预备知识1、 了解李沙育图相关知识。2、 课前务必认真阅读教材中周期信号傅里叶级数的分解以及如何将各次谐波进行叠加等相关内容。四、 实验仪器1、 信号为系统实验箱一台(主板)。2、 电信号分解与合成模块一块。3、 20M双踪示波器一台。五、 实验原理任何信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。对周期信号由它的傅里叶级数展开式可知,各次谐波为棊波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成份,每一频率成份的幅度均趋向无限小,但其相对大小是不同的。通过一个选频网络可以将信号中所包含的某一频率成份提取出来。本实验采用性能较住的冇源带通滤波器作为选频网络,因此对周期信号波形分解的实验方案如图2-2-1所示。将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列启源带通滤波器电路上。从每一有源带通滤波器的输岀端可以用示波器观察到和应频率的正弦波。实验所用的被测信号是®左右的周期信号,而川作选频网络的五种冇源带通滤波器的输出频率分别是©、2®、3®、4®、50|,因而能从各有源带通滤波器的两端观察到基波和各次谐波。其中,在理想情况下,如方波的偶次谐波应该无输出信号,始终为零电平,而奇次谐波则具有很好的幅度收敛性,理想情况F奇次谐波中一、三、五、七、九次谐波的幅度比应为1:(1/3):(1/5):(1/7):(l/9)o但实际上因输入方波的占空比较难控制在50%,且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性的冇限性都会使得偶次谐波分虽不能达到理想零的情况。六、 实验步骤1、 把电信号分解与合成模块插